МАРКОВСКИЙ Михаил Григорьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДОВ
advertisement
На правах рукописи МАРКОВСКИЙ Михаил Григорьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВИНОГРАДНЫХ ВИН НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА И РЕГУЛИРОВАНИЯ ИХ КИСЛОТНОГО СОСТАВА Специальность: 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар - 2006 Работа выполнена в Государственном научном учреждении СевероКавказском зональном научно-исследовательском институте садоводства и виноградарства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии) Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Агеева Н.М. Официальные оппоненты: доктор химических наук Рувинский О.Е. доктор технических наук Бирюков А.П. Ведущая организация: Автономная некоммерческая организация (АНО) НПО «Сады Кубани» Защита диссертации состоится 14 декабря 2006 года в 1600 на заседании диссертационного Совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, КубГТУ, конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КубГТУ. Автореферат разослан 14 ноября 2006 г. Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук В.В. Гончар 3 1 Общая характеристика работы 1.1 Актуальность работы. Качество вина – сложная экономическая категория, формируемая совокупностью множества факторов, среди которых важное значение имеет органолептическое восприятие. Гармоничное сочетание полноты вкуса и ощущения кислотности обусловливается соответствующим соотношением между основными органическими кислотами – винной и яблочной, содержащимися в вине. Если винная кислота, обладая кислым вкусом, не приводит к появлению посторонних тонов, то с высокими концентрациями яблочной кислоты связывают наличие резкости и грубости в послевкусии, травянистого и гребневого тонов, тона «зеленой» кислотности. Такие вина требуют дополнительной технологической обработки – кислотопонижения – с целью улучшения их вкуса. Однако роль органических кислот в оценке качества вина не ограничивается их влиянием на органолептические показатели, устойчивость винодельческой продукции к биологическим, биохимическим и физико-химическим помутнениям. По концентрациям отдельных органических кислот и соотношениям между ними можно объективно судить о подлинности (аутентичности) виноградных вин. Исследованием органических кислот вина и их роли в оценке качества и подлинности винодельческой продукции занимались ведущие ученые-энологи – Родопуло А.К. (1963, 1980); Бурьян Н.И., Кишковская С.А., Гержикова В.Г., Аникина Н.С. (1998); Ступакова Р.К. (2002); Селиверстова И.В. (2002); Gollart M., Lafon-Lafurcad С. (1997); Brescia M.A., Caldarola V. (2002); Penza M., Cassano G. (2004) и др. Между тем, роль органических кислот в обеспечении качества и, особенно, подлинности винодельческой продукции изучена недостаточно. В частности, имеются нерешенные вопросы, связанные с применением химических и комплексных методов регулирования кислотности вина. Недостаточно изучена значимость свободных и связанных форм органических кислот в формировании качества вина и оценки его подлинности. Таким образом, разработка современных методов регулирования концентраций основных органических кислот в виноградных винах, а также способов идентификации подлинности виноградных 4 вин на основе анализа содержащихся в них органических кислот является актуальной задачей отрасли. 1.2 Цель работы – совершенствование технологии и методов оценки качества виноградных вин на основе анализа и регулирования их кислотного состава. 1.3 Основные задачи исследования: - теоретически обосновать возможность регулирования концентрации органических кислот виноградных вин с помощью комплексных обработок; - теоретически обосновать целесообразность использования концентраций свободных и связанных кислот в качестве критериев для оценки подлинности виноградных вин; - осуществить мониторинг органических кислот в виноматериалах различных типов; - определить роль органических кислот в оценке качества и подлинности виноградных вин; - исследовать влияние различных способов кислотопонижения на химический состав и органолептические свойства виноматериалов; - определить концентрации различных форм органических кислот в виноматериалах различного качества; - осуществить кластерный анализ и разработать критерии оценки качества и происхождения винопродукции; - разработать методики определения качественного состава и концентрации органических кислот; - разработать экспресс-метод оценки подлинности виноградных вин; - разработать технологию кислотопонижения с применением различных технологических приемов; - разработать техническую документацию; - дать экономическое обоснование. 1.4 Научная новизна. Теоретически обоснована технология комплексного кислотопонижения, включающая снижение массовой концентрации титруемых кислот на стадии обработки сусла с помощью химических реагентов и корректи- 5 ровку состава кислот на стадии обработки виноматериалов. Установлены закономерности изменения концентраций различных кислот виноградных вин в зависимости от типа химических реагентов, момента их введения, условий проведения процесса. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования показателей массовой концентрации свободных и связанных кислот в качестве критерия для оценки подлинности виноградных вин. Получены новые сведения об изменении концентраций свободных и связанных органических кислот в зависимости от технологических приемов обработки виноматериалов. Впервые на основе кластерного анализа кислотных профилей вин и рК-спектров осуществлена идентификация качества вин, выделены группы продукции, характеризующиеся одинаковым качеством, идентичностью физикохимических показателей и продолжительности хранения (выдержки). 1.5 Практическая значимость. Разработана и апробирована технология комплексного кислотопонижения в виноградных винах с применением химических реагентов и яблочно-молочных бактерий, обеспечивающая улучшение их качества и органолептических показателей. Расчетный экономический эффект составил в среднем 7 тыс. руб./1000 дал виноматериала. Оформлены и зарегистрированы в установленном порядке научно-практические рекомендации по проведению кислотопонижения в винопродукции. Разработана методика определения концентрации органических кислот методом зонного капиллярного электрофореза. Оформлен стандарт предприятия. Разработаны и апробированы в условиях лаборатории ГНУ СКЗНИИСиВ методики оценки подлинности винодельческой продукции на основе анализа кислотных профилей и pK-спектров. 1.6 Апробация работы. Основные положения работы доложены на международной конференции «От фундаментальной науки – к новым технологиям. Химия и биотехнология активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии» (Тверь, 2002 г), на 5-й международной конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика - 2003» (С-Петербург, 2003 г.), на VII Всероссийском конгрессе «Здоровое питание насе- 6 ления России» (Москва, 2003 г.), на межрегиональной научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы региональных товарных рынков» (Красноярск, 2004 г.), на международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2004 г.), на международной научно-практической конференции «In Wine 2005» (Кишинев, 2005 г.). 1.7 Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 статей в журналах, 12 тезисов докладов. Получен патент РФ на изобретение № 2246108. 1.8 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературных источников, экспериментальной части (две главы), выводов и списка литературы. Основная часть работы изложена на 136 страницах компьютерного текста и содержит 23 таблицы и 22 рисунка. Список публикаций включает 180 научных публикаций, в том числе 84 публикации зарубежных авторов. 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В качестве объектов исследований использовали виноградные виноматериалы и вина, произведенные предприятиями Краснодарского края, а также образцы винопродукции, отобранные контролирующими организациями из торговой сети. Для проведения химического кислотопонижения применяли препараты отечественного и импортного производства (Германия, Франция, Италия). Биологическое кислотопонижение (яблочно-молочное брожение, ЯМБ) проводили с помощью молочнокислых бактерий рода Leuconostoc oenoc. Для определения основных показателей химического состава объектов применяли стандартные методы ГОСТ и ГОСТ Р, а также методики, изложенные в методических рекомендациях ИВиВ “Магарач”. Для анализа качественного состава летучих компонентов виноматериалов и глицерина использовали газожидкостную хроматографию («Кристалл 2000 М»). Для определения концентрации катионов металлов применяли метод атомной абсорбции («Квант-АФА», Россия). Концентрацию органических кислот определяли методом высокоэффективного капиллярного электрофореза 7 («Капель-103Р», Россия) по разработанной нами методике (СтП № 020.30.18.010/2006). Для оценки подлинности винопродукции использовали расчетные критерии Международной организации винограда и вина (МОВВ), а также разработанные нами методики на основе анализа кислотных профилей и pK-спектров. Статистическую обработку результатов исследований осуществляли методами вариационной статистики с использованием программ персонального компьютера Statistica (StatSoft, Inc). Уровень вероятности 0,95. Для прочих расчетов применяли следующие программы: Excel (Microsoft Corporation), Sigmaplot (Systat Software, Inc), MATLAB (MathWorks, Inc), Ch Professional (SoftIntegration, Inc), собственные программы, написанные на языке Delphi Language [Object Pascal] (Borland Software Corporation). Схема диссертационных исследований приведена на рис. 1. Экспериментальные Экспериментальныеисследования исследования Повышение Повышениекачества качестваииустановление установлениеподлинности подлинностивинодельческой винодельческойпродукции продукции Повышение Повышениекачества качества винопродукции винопродукциина наоснове основе регулирования содержания органических регулирования содержания органическихкислот кислот Химическое Химическое кислотопонижение кислотопонижение Биологическое Биологическое кислотопонижение кислотопонижение Комплексное Комплексное кислотопонижение кислотопонижение Технология Технологиярегулирования регулированияииметодика методикаоценки оценки концентрации органических концентрации органическихкислот кислот Поиск Поискновых новыхметодов методовоценки оценки подлинности винопродукции подлинности винопродукции Методы Методы МОВВ МОВВ Капиллярный Капиллярный электрофорез электрофорез Совокупность Совокупность физ.-хим. физ.-хим. показателей показателей pK-спектроскопия pK-спектроскопия Кислотные Кислотные профили профили Новые Новыеметодики методикиоценки оценкиподлинности подлинности Экономическое Экономическоеобоснование обоснование Оценка Оценкакачества качестваииподлинности подлинностипродукции продукции Систематизация Систематизацияполученных полученныхданных данных Разработка нормативной Разработка нормативнойдокументации документации Рисунок 1 – Схема проведения теоретических и экспериментальных исследований 8 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Исследование процесса кислотопонижения в производстве виноградных вин. Исследования последних 15-20 лет показали, что в винограде и большинстве виноматериалов, вырабатываемых предприятиями Краснодарского края, наблюдается высокая концентрация титруемых кислот, превышающая значения, допустимые ГОСТ 7208-93. В связи с этим возникла необходимость изучить их изменение в натуральных сухих виноматериалах в зависимости от сорта винограда, места его произрастания, технологии производства и модифицировать способы кислотопонижения. Анализ результатов (табл.1) свидетельствует о том, что большая часть приготовленных виноматериалов имеет повышенные значения концентраций титруемых кислот, в том числе яблочной. Сопоставляя приведенные результаты, можно отметить, что накопление титруемых кислот в хозяйствах Темрюкского района выше, чем в Анапском районе, особенно яблочной кислоты, что, скорее всего, связано со специфическими почвенно-климатическими условиями, т.к. агротехнические приемы и применяемые средства защиты были, в основном, идентичны. Можно также отметить, что белые сорта винограда характеризовались большим накоплением суммы кислот, чем красные. При этом массовая концентрация винной кислоты лишь незначительно превышала количество яблочной кислоты. Таблица 1 – Массовая концентрация органических кислот в натуральных сухих виноматериалах Сорт винограда Алиготе Рислинг Шардоне Каберне-Совиньон Саперави Алиготе Рислинг Шардоне Каберне-Совиньон Саперави Сахара в Кислоты, г/дм3 винограде, титруемые винная яблочная г/100 см3 Темрюкский р-н, 1999-2004 гг. 64 14,6-17,8 9,4-14,6 4,8-10,5 4,4-7,2 34 14,2-18,0 10,2-15,6 5,6-11,0 4,5-7,8 72 15,8-18,6 9,9-15,4 4,2-10,6 3,4-6,2 52 16,6-22,8 9,2-13,7 3,6-8,2 3,6-5,8 40 16,8-22,0 8,8-14,2 3,2-9,6 3,0-6,0 Анапский р-н, 1999-2004 гг. 27 15,2-18,4 9,4-12,8 4,4-9,5 3,4-6,6 20 14,9-18,6 8,2-14,4 3,8-6,6 3,2-6,8 32 16,0-18,6 7,9-13,8 3,2-9,0 3,0-6,0 32 17,2-23,4 8,2-12,4 3,2-7,0 3,5-5,6 22 17,8-22,7 8,8-13,0 3,2-8,1 3,0-5,8 Кол-во анализов 9 Последующие общепринятые приемы технологической обработки, в том числе обработка холодом, приводят к некоторому уменьшению концентраций органических кислот, преимущественно винной. Концентрация яблочной кислоты практически не меняется. Учитывая актуальность проблемы, проведено сравнительное испытание различных способов кислотопонижения на высококислотных белых и красных натуральных виноматериалах. Снижение массовой концентрации титруемых кислот проводили с помощью химических реагентов, бактерий яблочномолочного брожения (ЯМБ) и комбинированным путем – химическим (с помощью карбоната калия) и ЯМБ. Учитывая, что большинство химических препаратов содержали катионы калия или кальция, по окончании кислотопонижения контролировали массовые концентрации не только органических кислот, но и катионов калия и кальция. Полученные результаты (табл. 2) показали, что обработка большинством химических препаратов, за исключением неоантицида, способствует снижению массовой концентрации титруемых кислот за счет винной кислоты, а яблочная остается практически неизменной. Применение неоантицида, особенно при его дробном введении, обеспечивает некоторое уменьшение концентрации как винной, так и яблочной кислоты. Широко применяемая обработка вин холодом привела к небольшому (недостаточному) уменьшению количества обеих исследуемых кислот. Анализируя полученные результаты, было отмечено следующее. Несмотря на достаточно точно рассчитанное и внесенное количество препаратов для кислотопонижения, массовая концентрация катионов калия и кальция увеличивалась. Выявлена следующая закономерность: чем больше препарата добавляли в виноматериал, тем более возрастала концентрация того или иного катиона. Это позволяет считать, что соотношения между дозировкой соли и количеством кислоты, рассчитанное по чистым растворам, во многокомпонентной системе вина полностью не соблюдается. В результате при последующем хранении в винома- 10 Таблица 2 – Сравнительные результаты кислотопонижения в виноматериале Совиньон с применением различных препаратов и способов обработки Наименование препарата или способа 1.Необработанный 2. Холод 3.Бикарбонат калия 4.Карбонат калия 5.Карбонат кальция 6.Неоантицид 7.Неоантицид, дробное внесение 8.Калинат 9.Малицид 10.Малицид дробное внесение 11.Малицид +ямб Концентрация кислот, г/дм3 титруемых 12,8 9,9 7,0 7,0 6,4 8,2 винной яблочной 5,9 6,2 Обработанный 4,2 5,2 1,2 4,9 1,2 5,2 0,7 4,6 0,5 3,5 Металлы, мг/дм3 К Са 920 116 Дегустационная оценка, балл 8,0 570 1010 1130 900 830 110 108 110 146 138 8,2 7,9 8,0 8,1 8,2 7,5 3,6 2,5 890 130 8,3 6,9 8,4 1,4 2,6 4,2 4,7 1130 1037 108 148 8,1 8,0 8,0 2,4 4,7 924 144 8,2 6,3 3,8 2,2 970 106 8,4 териалах возникают кристаллические помутнения, а в осадках идентифицируются калиевые и кальциевые соли винной и, особенно, яблочной кислоты. К числу недостатков химического способа кислотопонижения относится также ухудшение вкуса виноматериалов, появление тонов окисленности, сопровождающееся изменением цвета: белые вина приобретали золотистые и желтые оттенки, красные – бурые и коричневые. С химической точки зрения возможность выпадения осадка винного камня (битартрата калия) зависит не только от концентрации ионов битартрата и калия в вине, но и от разницы в их концентрациях. Известно, что наибольшая стабильность кислой соли, а вместе с ней и устойчивость виноматериала к кристаллическим помутнениям, достигается при равном соотношении анионов и катионов, образующих осадки (т.е. 1:1). Результаты, представленные на рис. 2, показывают, что внесение бикарбоната калия приводит к резкому росту соотношения ионов калия и гидротартрата. Это объясняется уменьшением концентрации винной кис- 11 0,045 Концентрация, М 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 Разница Битартрат Бикарбонат калия 350 мг/л + обработка холодом Бикарбонат калия 300 мг/л + обработка холодом Бикарбонат калия 250 мг/л + обработка холодом Бикарбонат калия 350 мг/л Бикарбонат калия 300 мг/л Бикарбонат калия 250 мг/л Контроль - холод 0 Необработанное 0,005 Калий Рисунок 2 – Сопоставление концентраций ионов калия и битатрата в виноматериале Шардоне при кислотопонижении бикарбонатом калия лоты за счет выпадения битартрата калия непосредственно после внесения препарата и увеличением концентрации калия за счет внесенного, превосходящим потери при выпадении осадка. Это сопоставление показывает, что внесение бикарбоната калия, несмотря на большее понижение кислотности по сравнению с обычной обработкой холодом, не приводит к повышению стабильности вина к кристаллическим помутнениям из-за создаваемых неравновесных отношений концентраций ионов. Увеличение дозировки бикарбоната приводит к большему нарушению соотношения анион:катион и провоцирует кристаллические помутнения за счет избыточной концентрации катиона калия. Дальнейшая обработка виноматериалов холодом после внесения бикарбоната калия приводит к некоторому понижению концентрации как катионов, так и анионов, что может быть вызвано осаждением битартрата калия. Однако оптимальное соотношение анион:катион не достигается, и виноматериал остается неустойчивым к кристаллическим помутнениям. 12 Дробное дозирование препаратов (в 2-3 приема) уменьшает проявление негативных процессов, особенно при использовании малицида и неоантицида. К числу наиболее эффективных способов снижения концентраций титруемых кислот относится биологическое кислотопонижение. Однако зачастую при высокой концентрации титруемых кислот (13-15 г/дм3) развитие микроорганизмов затрудняется. В связи с этим представляет интерес изучение процессов комплексной технологии кислотопонижения, сущность которой сводится к тому, что сначала химическими методами уменьшают концентрацию титруемых кислот до таких ее значений, при которых впоследствии достаточно эффективно и быстро протекали процессы спиртового брожения и биологического кислотопонижения. Результаты наблюдений показали, что в вариантах необработанных высококислотных виноматериалов в течение месяца ЯМБ не развивалось. Предварительная обработка виноматериалов холодом привела к тому, что через 2 недели в белом и через 1 месяц в красном виноматериалах медленно развивалось ЯМБ. Обработка виноматериала малицидом до массовой концентрации титруемых кислот 8-10 г/дм3 обеспечила достаточно быстрое накопление биомассы клеток бактерий и забраживание – на 4-е сутки после внесения бактерий в виноматериале наблюдали появление пузырьков диоксида углерода, на 10-е сутки – в аромате и вкусе ощущались признаки прохождения процесса кислотопонижения, а через 30 суток массовая концентрация яблочной кислоты имела минимальные значения. Аналогичные процессы, но с меньшей скоростью, протекали при обработке красного сухого виноматериала. Признаки забраживания – выделение СО2 – появились лишь через 3 недели и в течение следующего месяца ЯМБ было завершено. Медленное протекание ЯМБ в красном виноматериале, очевидно, вызвано проявлением ингибирующего действия на бактерии фенольных веществ. Таким образом, комплексная обработка виноматериалов химическими и биологическими методами обеспечивает снижение величины концентрации титруемых кислот до желаемой величины, способствуя при этом улучшению качества и органолептических показателей винопродукции (табл. 3). 13 Таблица 3 – Химический состав белого сухого виноматериала в зависимости от вида обработки Показатель необработанный Объемная доля этилового спирта, % титруемых кислот, г/дм в т.ч. винной яблочной лимонной янтарной катионов, мг/дм3: калия кальция 3 Цвет Дегустационная оценка, балл 12,3 Обработка холодом и малицидом ЯМБ 12,1 Массовая концентрация: 14,8 11,8 7,0 4,8 6,8 5,2 0,45 0,26 0,64 0,34 малицидом и ЯМБ 12,2 12,1 8,6 2,4 6,0 0,12 0,10 6,0 3,8 1,2 0,23 0,34 980 116 светлосоломенный 8,7 1120 130 860 122 1020 122 соломенный соломенный желтый 8,3 8,4 8,4 Химические реагенты-кислотопонижатели использованы на стадии обработки виноградного сусла белых и красных сортов винограда. Снижение массовой концентрации титруемых кислот проводили до величины, не оказывающей отрицательно влияния на последующий процесс брожения, т.е. 8-10 г/дм3. Полученные данные показали, что кислотопонижение приводило к более быстрому забраживанию сусла, равномерному брожению и полному сбраживанию сахаров. В контрольных вариантах забраживание проходило медленно, что, очевидно, связано с отрицательным влиянием высоких концентраций органических кислот на винные дрожжи чистых культур. Более того, микроскопирование проб забродивших контрольных вариантов показало наличие и развитие диких дрожжей, адаптированных к условиям среды. Наибольший эффект обеспечило применение неоантицида и калината как для белых, так и для красных сусел. Установлено, что использование реагентов для кислотопонижения на стадии сусла приводило к уменьшению концентраций органических кислот, винной – на 60-80% и яблочной – на 40-60%. Однако в процессе последующего спиртового брожения за счет ферментативных превращений в цикле трикарбоновых кислот в 14 виноматериале массовая концентрация винной кислоты составила 3,5 г/дм 3 и яблочной – 1,2 г/дм3. Лучшие результаты и более продолжительная устойчивость виноматериалов к помутнениям были в вариантах с химическим кислотопонижением на стадии обработки сусла. При этом хорошие результаты обеспечило использование не только малицида или неоантицида, но и карбонатов кальция или калия. При внесении препаратов в сусло также протекали окислительные процессы, как и в виноматериале. Сусло приобретало желто-золотистые оттенки цвета. Однако последующее брожение обеспечивало протекание восстановительных реакций за счет жизнедеятельности дрожжевых клеток. В виноматериале формировался яркий сортовой аромат. Кроме того, на стадии брожения протекали процессы кристаллизации в случае попадания небольшого избыточного количества катионов калия или кальция. Таким образом, полученные материалы исследований позволили совершенствовать технологию производства натуральных сухих виноградных вин за счет модификации процесса кислотопонижения. Разработан технологический узел комплексного кислотопонижения (рис. 3). В линию по производству виноматериалов включен технологический узел для проведения комплексного кислотопонижения, включающий реакторы для 1 Дрожжи 4 3 Сусло 6 2 8 5 7 9 9 Осадок Осадок Последующая технологическая обработка Виноматериал Рисунок 3 – Технологический узел комплексного кислотопонижения натуральных сухих вин 15 приготовления суспензий оклеивающих веществ, применяемые для обработки виноградного сусла (1), и раствора реагентов-кислотопонижателей (2). В высококислотное виноградное сусло, направляемое в резервуар для осветления 3, вносят химические реагенты для кислотопонижения, а затем спустя 2-4 часа – оклеивающие вещества, например, суспензию бентонита. Образовавшийся в результате осветления и кислотопонижения осадок утилизируют, а осветленное сусло со сниженной концентрацией титруемых кислот (прежде всего, винной) направляют в бродильную батарею 5, куда задают дрожжи, подготовленные в реакторе 6. При переходе брожения в стадию дображивания в виноматериал вносят разводку бактерий яблочномолочного брожения из реактора 6. Дображивание сусла в резервуаре 7 совмещается с протеканием процесса яблочномолочного брожения, при котором в виноградных виноматериалах достигается оптимальная концентрация яблочной кислоты. Затем молодые виноматериалы направляют на хранение в вертикальные резервуары 8, в которых происходит спонтанное осветление, сопровождающееся седиментацией микроорганизмов и прочих мутящих компонентов, после чего виноматериалы обрабатывают различными способами согласно принятой на предприятии технологии. Технология комплексного кислотопонижения апробирована на винзаводах ОАО «Южная винная компания» и «Кубанская лоза», Темрюкский район. Внедрение технологии комплексного кислотопонижения обеспечило увеличение рентабельности производства на 11,0-13,7% и получение экономического эффекта в среднем 7 тыс. руб./1000 дал виноматериала. 3.2 Разработка методов оценки качества и подлинности виноградных вин на основе анализа органических кислот. Многолетний опыт практической работы свидетельствует о том, что натуральная (подлинная) и фальсифицированная продукция существенно отличаются по качественному составу основных компонентов. Однако в качестве критериев подлинности могут быть выбраны только такие показатели, величины которых не претерпевают существенных изменений при различных технологических обработках. Эксперименты показали, 16 что наличие глицерина, качественный состав и концентрация аминокислот не могут дать объективное заключение о натуральности или фальсификации продукции. Для точного и полного ответа на вопрос о подлинности продукции необходимы дополнительные эксперименты. Установлены концентрации свободных и связанных органических кислот в винопродукции различных типов и качества, на основании которых рассчитаны критерии МОВВ. Полученные материалы показали, что в винах сомнительного происхождения, произведенных искусственным купажированием различных ингредиентов, массовая концентрация приведенного экстракта имеет, как правило, очень низкое значение (до 10 г/дм3). При соответствии объемной доли этилового спирта требованиям ГОСТ в фальсифицированной продукции значение соотношения спирт/приведенный экстракт (более 13) намного больше, чем в натуральной (от 4 до 7). Еще большую информативность о происхождении продукции дает анализ свободных и связанных кислот (табл. 4): в подлинных винах количество связанных кислот составляет 95-99%, а в фальсификатах – 3-7%. Одним из требований, предъявляемых к критериям подлинности, относится постоянство или варьирование его величины в строго определенных пределах независимо от применяемых технологических приемов обработки. В связи с этим важное значение имеет исследование изменения содержания свободных и связанных кислот в подлинной и фальсифицированной продукции в процессе технологических обработок. Установлено, что в марочных винах (Рислинг Анапа и Каберне Мысхако), специальных крепких и десертных винах доля связанных кислот больше, чем в ординарных сухих винах. Это можно объяснить, исходя из следующих соображений. Цикл производства выдержанных и, особенно, марочных вин, значительно длиннее, чем ординарной продукции. Следовательно, период контакта кислот с компонентами вина также более продолжителен. В течение обработок и, особенно, выдержки наблюдается самопроизвольное (спонтанное) образование осадков, в том числе тартратов, малатов калия и кальция, в результате чего массовая концентрация свободных кислот уменьшается. 17 Таблица 4 – Содержание органических кислот в различных типах вин Массовая концентрация Доля кислот, % кислот, г/дм3 Наименование вина винная яблочная свободных связанных Натуральные сухие Алиготе Фанагории 3,13 0,75 3,9 96,1 Рислинг, СПК им.Ленина 3,23 1,39 2,0 98,0 Пино Блан, Витязево 2,60 0,90 2,8 97,2 Шардоне, АФ «Кавказ» 2,23 3,75 3,8 96,2 Шардоне, Мысхако 2,65 3,15 2,6 97,4 Шардоне, Кубань-Вино 1,97 3,36 3,2 97,8 Каберне, АФ «Кавказ» 3,20 1,30 3,7 97,3 Каберне Мысхако 2,40 0,35 1,6 98,4 Каберне Фанагории 3,42 2,35 3,4 96,6 Специальные крепкие Улыбка, Фанагория 1,68 1,96 2,1 97,9 Букет Фанагории 2,42 2,20 0,9 99,1 Улыбка, Мысхако 1,87 1,04 0 100 Портвейн «Кавказ» 2,68 2,32 1,8 98,2 Рубин Фанагории 2,80 2,64 1,6 98,4 Кубанская лоза 2,73 2,00 2,4 97,6 Вина сомнительного качества Полусладкое белое* 0,12 нет 96,8 3,3 Полусладкое красное* 0,65 нет 98,4 1,6 Вина типа «портвейн»* нет нет 100 0 «Анапа крепкое»* 0,21 нет 97,2 2,8 * Примечание: образцы продукции отобраны в торговой сети; в таблице приведены средние значения; количество отобранных проб не менее 10. При производстве десертных и специальных крепких вин проводится ряд таких обработок, при которых протекают различные химические превращения, сопровождающиеся связыванием органических кислот. Это настаивание мезги, типизация – термическая обработка при температурах от 45 до 65оС. В процессе перечисленных термообработок интенсифицируются реакции этерификации с участием кислот, образуются различные соли, в том числе слабо- и нерастворимые. В связи с этим возрастает массовая доля связанных кислот. Иная картина наблюдалась при анализе винопродукции сомнительного качества, органические кислоты в которой были представлены преимущественно лимонной кислотой. Кроме того, судя по полученным результатам, массовая кон- 18 центрация других компонентов, способных связывать кислоты – катионы металлов, спирты, – была также минимальной. В связи с этим массовая доля свободных кислот значительно выше, чем связанных, что в натуральной продукции не встречается. Как указано выше, компоненты химического состава, выбранные в качестве критериев подлинности винопродукции, не должны претерпевать существенных изменений при технологических обработках. В связи с этим представляет интерес изменение массовой концентрации свободных и связанных кислот при обработке вина холодом, бентонитом, флокулянтом универсальным (поликатионит), ферментными препаратами, желатином, препаратом кристалл ЕХ, а также при яблочно-молочном брожении. Полученные результаты (рис. 4) показали, что применение различных по природе и специфике действия технологических обработок не вызвало существенного изменения соотношений между свободными и связанными кислотами при общем незначительном изменении концентрации суммы титруемых кислот. 10 9 3 8 Концентрация г/дм , 7 6 5 4 3 2 1 0 Исходный Бентонит УПК Титруемые (в пересчете на винную) Фермент Свободные Кристалл-EX Желатин Яблочномолочное брожение Связанные (уменьшена в 10 раз) Рисунок 4 – Изменение концентраций титруемых, свободных и связанных кислот при технологической обработке 19 При этом доля связанных форм кислот составляла от 95,2 до 96,2%. Таким образом, соотношение между свободными и связанными кислотами может быть использовано в качестве критерия при оценке подлинности вин. Аналогичные исследования, проведенные на фальсифицированной продукции, также подтвердили, что технологические приемы обработки не оказывают существенного влияния на соотношение между свободными и связанными кислотами. Это позволяет считать, что концентрация свободных и связанных кислот – величина, не зависящая от технологических приемов обработки, а обусловленная спецификой сырья и может быть использована в качестве критерия подлинности винопродукции. Между тем, доля связанных форм кислот в фальсифицированной продукции изменялась от 15,5 до 22,4%. В результате проведенных исследований разработан и апробирован новый метод оценки подлинности винопродукции на основе pH-метрического титрования (патент № 2246108). Для анализа кислотных профилей проводили титрование вин и виноматериалов водным раствором щелочи (гидроксида натрия или калия). В целях перевода органических кислот из солей в свободное состояние анализируемую пробу разбавляли вдвое (0,1 М) раствором соляной кислоты. В ходе измерений регистрировали зависимость pH раствора от объема добавленного титранта. Обработка экспериментальных данных включала следующие стадии: пересчет зависимостей пар значений объем титранта – pH; аппроксимация рассчитанных кислотных профилей эмпирической зависимостью; выделение наиболее значимых параметров регрессии и кластерный анализ вин на основании данных признаков; интерпретация полученных данных. На первом этапе для каждого значения pH пары рассчитали адаптированную функцию образования Бьеррума n , равную среднему количеству ионов H+, связанных одним кислотным остатком, и определяемой изменением свободной и общей кислотности смеси в ходе титрования. Проведенные титрования с последующим расчетом параметров кислотных профилей большого количества образцов натуральных и фальсифицированных 20 вин выявили возможность применения данного метода для определения грубой фальсификации кислотного состава винопродукции. Осуществлен кластерный анализ кислотных профилей. Полученные дендрограммы, характеризующие структуру кластеров, приведены на рис. 5. На основании проведенного кластерного анализа красных вин выделены группы винопродукции, классифицируемые как: вина из чилийских виноматериалов; купажные вина из испанских виноматериалов (Torontel, Tintorera, Черный фламинго); сахаросодержащие интенсивно окрашенные вина; десертные вина; купажные вина среднего качества; сухие и полусладкие вина среднего качества; фальсифицированная продукция. Аналогичные результаты кластерного анализа получены и для белых вин. В результате кластерного анализа по составу органических кислот вина разделены на группы однотипной продукции (рис. 5). При этом характерным был тот факт, что эти группы одновременно отражали и качество проанализированных вин. Так, одну из групп составляли натуральные сухие вина, характеризовавшиеся при органолептическом анализе как простые по вкусу, недостаточно Расстояние объединения 14 12 10 8 6 4 2 Фальсифицированная продукция Сухие и полусладкие вина среднего качества Купажные вина среднего качества Десертные вина Сахаросодержащие интенсивно окрашенные вина Купажные вина из испанских виноматериалов Вина из чилийских виноматериалов 0 Рисунок 5 – Группы красных вин, выделенные в результате кластерного анализа 21 экстрактивные, не имеющие яркого сортового аромата. Чилийские и испанские виноматериалы объединены в свои группы, каждая из которых отличалась своим составом и концентрацией органических кислот. Высококачественные и марочные вина также образовали группы, отличающиеся по основным кислотным характеристикам. Особую группу составляют фальсифицированные продукты, которые были изготовлены различными способами – это «искусственные» или «сборные» вина, изготовленные на основе спирта-ректификата и пищевкусовых добавок, или разбавленные водой вина с добавлением (или без) различных ингредиентов. Удалось также выделить вина, приготовленные с применением как натуральных, так и искусственных ароматизаторов. На основе проведенных исследований можно утверждать, что кластерный анализ может быть широко применен для идентификации и для выделения грубых фальсификаций винопродукции по кислотному составу. Помимо этого, возможно его применение для определения степени схожести проб. Для количественного анализа основных органических кислот винопродукции была разработана методика на основе капиллярного электрофореза – эффективного метода анализа сложных смесей, использующего электрокинетические явления (электромиграцию ионов и других заряженных частиц и электроосмос) для разделения и определения компонентов. Для анализа использован прибор капиллярного электрофореза «Капель-103Р». Разработанная методика положена в основу Стандарта организации, утвержденного в установленном порядке. Установлено, что хорошие результаты дает сочетание метода pK-спектроскопии и капиллярного электрофореза. На рис. 6 приведено соотношение суммы эквивалентных концентраций 6 основных кислот вина (винной, яблочной, янтарной, лимонной, уксусной и молочной), найденных методом капиллярного электрофореза к сумме пиков pK-спектра в диапазоне pK, включающем эти кислоты (3-6,5). Как видно из сравнения, этот метод позволяет легко отличить подлинные образцы от фальсифицированных. Отличие в соотношениях возникает за счет того, что в подлинных образцах вклад в сравниваемые пики 22 портвейн 777 Белый сухой Анапа Белое дес. Анапа Красное сухое Мускат белый Белое п/сл 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Соотношение результатов капиллярного электрофореза и pK-спектроскопии Фальсифицированные Подлинные Рисунок 6 – Сравнение результатов капиллярного электрофореза и pK-спектроскопии pK-спектра дают не только основные рассматриваемые кислоты, но и другие компоненты, обладающие кислотными свойствами и ограниченно присутствующие в образцах фальсифицированной винопродукции. Разработанный метод оценки подлинности вин на основе сравнения рК-спектров нашел применение в работе Научного центра виноделия ГНУ СКЗНИИСиВ при идентификации подлинности винодельческой продукции, производимой в Краснодарском крае или ввозимой из-за его пределов ВЫВОДЫ 1. Теоретически обоснована и разработана технология комплексного кислотопонижения, включающая реагентное (химическое) снижение концентрации титруемых кислот с последующим биологическим кислотопонижением. 2. Разработаны технологические приемы, основанные на применении неоантицида и малицида, обеспечивающие оптимальное снижение концентраций 23 титруемых кислот, в том числе винной и яблочной, и получение гармоничных по вкусу виноматериалов. 3. На основе проведенных исследований была усовершенствована технология производства натуральных сухих виноградных вин за счет модификации процесса кислотопонижения. Разработан технологический узел комплексного кислотопонижения. Разработаны научно-практические рекомендации. 4. В результате исследования различных форм органических кислот установлено, что в подлинных винах независимо от технологии их производства и приемов обработки преобладают связанные, а в фальсифицированных – свободные органические кислоты. В связи с этим обоснована целесообразность использования количественных характеристик свободных и связанных кислот в качестве критерия для оценки подлинности происхождения винопродукции. 5. Разработан способ идентификации подлинности виноградных вин на основе рН-метрического титрования с последующим расчетом параметров кислотных профилей пробы, в результате кластерного анализа которых проведено разделение вин на группы однотипной продукции: высококачественные натуральные сухие, включая марочные, десертные, купажные вина среднего качества и фальсификаты. При этом характерным был тот факт, что эти группы одновременно отражали и качество, и происхождение проанализированной винопродукции. 6. Разработан способ идентификации подлинности виноградных вин на основе рН-метрического титрования с последующим расчетом функции распределения концентраций ионогенных групп титруемого объекта по величинам pK(-lgK) кислотной диссоциации (т.н. pK-спектр), что позволяет на основе анализа пиков рК-спектров отличить подлинные образцы вин от фальсифицированных. Различие возникает за счет того, что в подлинных образцах вклад в сравниваемые пики pK-спектра дают не только основные рассматриваемые кислоты, но и другие компоненты, обладающие кислотными свойствами, количество которых минимально в образцах фальсифицированной винопродукции. 24 7. Разработан метод анализа основных органических кислот вина с помощью капиллярного электрофореза. На его основе разработан Стандарт предприятия (СтП № 020.30.18.010/2006). 8. Проведено экономическое обоснование технологии комплексного кислотопонижения в виноградных винах. Расчетный экономический эффект от внедрения технологии составил в среднем 7 тыс. руб. на 1000 дал обработанного виноматериала в зависимости от примененного химического реагента для кислотопонижения. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах 1. Марковский, М.Г. Еще раз о фальсификации виноградных вин [Текст] / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Марковский, М.Г. // Виноделие и виноградарство. – 2002. – № 4. – С. 22-23. 2. Марковский, М.Г. Критерии оценки фальсифицированности виноградных вин [Текст] / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Марковский, М.Г. // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 2002. – № 2-3. – С. 84-86. 3. Марковский, М.Г. Об идентификации подлинности виноградных вин [Текст] / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Якуба, Ю.Ф., Марковский, М.Г. // Индустрия напитков. – 2003. – № 5. – С. 4-6. 4. Марковский, М.Г. Идентификация подлинности – важнейшая задача сертификации [Текст] / Агеева, Н.М., Марковский М.Г. // Эколого-экономические проблемы региональных товарных рынков: Сб. матер. Межрегион. науч.-практ. конференции, Красноярск, 2004. – С. 233-235. 5. Марковский, М.Г. Влияние агротехнических приемов на химический состав винограда и вина [Текст] / Агеева, Н.М., Марковский М.Г. // Стратегия развития пищевой и легкой промсти: Сб. матер. Международной научно-практической конференции, Алматы, Казахстан, 3-6 июня 2004 г. 6. Марковский, М.Г. Применение капиллярного электрофореза для анализа вин и коньяков [Текст] / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Якуба, Ю.Ф., Марковский, М.Г. // In Wine 2005: Сб. матер. Международной научно-практической конференции. – Кишинев, Молдова. – 2005. – C. 124-125. 7. Марковский, М.Г. Актуальные вопросы оценки аутентичности виноградных вин [Текст] / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Якуба, Ю.Ф., Марковский, М.Г., Лунина, Л.В. // In Wine 2005: Сб. матер. Международной научно-практической конференции. – Кишинев, Молдова. – 2005. – C. 142-143. 8. Марковский, М.Г. Оптимизация определения органических кислот вина методом капиллярного электрофореза [Текст] // Новации и эффективность производственных процессов в виноградарстве и виноделии: Сб. матер. конференции, Краснодар. – 2005. – т. 2. – С. 242-246. 9. Марковский, М.Г. Сравнительный анализ способов кислотопонижения в виноградных винах [Текст] / Агеева, Н.М., Марковский, М.Г. // Виноделие и виноградарство. – 2006. – № 2. – С. 16-17. 10. Патент № 2246108 от 10.02.2005 / Агеева, Н.М., Гугучкина, Т.И., Якуба, Ю.Ф., Марковский, М.Г.
